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0-1背包问题是一种经典的组合优化问题,其目标是在给定的一组物品中,选择一些物品放入容量有限的背包中,使得所选物品的总价值最大化,同时保持背包不超过其容量限制。 具体来说,0-1背包问题中每个物品有两个选择:要么选择将物品放入背包中,要么选择不放入背包中,不能选择部分放入。每个物品有两个属性:价值和重量。背包有一个容量限制,即可以容纳的总重量。 问题的数学描述如下:* s: b! X" k0 q" o; v0 Y+ J
给定n个物品,每个物品i有一个价值vi和重量wi,背包的容量为W。要找到一个选择向量x=(x1, x2, …, xn),其中xi表示是否选择将物品i放入背包中(xi=1表示选择放入,xi=0表示不放入),使得目标函数8 U8 O! x* c @/ L( \8 q+ r9 p! G
∑(vi * xi)最大化(0 ≤ i ≤ n)。$ ~# t0 T9 P# \- H
同时需要满足约束条件:
# B; [. T- _$ r∑(wi * xi) ≤ W。 ! Q& G. ?" n+ d
在文章中物体的重量和价值分别如下:
" b: z) d9 w0 [/ e) n9 L" w2 V! E0 j重量(d):[2; 5; 18; 3; 2; 5; 10; 4; 11; 7; 14; 6]价值(k):[-5; -10; -13; -4; -3; -11; -13; -10; -8; -16; -7; -4] 其中,重量和价值的对应关系是根据物品的顺序确定的,即第一个物品的重量为2,价值为-5。依此类推,最后一个物品的重量为6,价值为-4。 8 [4 o' g9 ?0 d5 [3 y8 j
该背包问题的背包容量限制为46
- ]- Y/ ]" o3 e8 k4 j- v$ E
$ E4 Q5 ^- h% \# E3 w9 C+ T下面是对代码的解读:1 C4 u* Q( g: h6 z( c$ S0 n
首先进行数据初始化,包括物品的价值k和重量d,背包的限制条件restriction,以及物品数量num。 定义模拟退火需要用到的变量,包括当前解对应的目标函数值E_current,最优解的目标函数值E_best,当前解sol_current,最优解sol_best等。 设置模拟退火算法的参数,包括初始温度t0,最终温度tf,温度衰减系数a。 进行模拟退火的迭代过程。在每个温度下,进行一定次数的迭代(这里是100次),每次迭代生成一个新解sol_new。 对新解进行检查是否满足约束条件。如果不满足,则根据一定规则进行调整,使得解满足约束条件。 计算新解的目标函数值E_new,即背包中物品的总价值。 根据模拟退火的策略,更新当前解和最优解。如果新解的目标函数值更优,则更新当前解和最优解;否则,根据一定概率接受差解,或者保持当前解不变。 降低温度t,继续下一轮迭代,直到达到最终温度tf。 输出得到的最优解sol_best,物品总价值val以及背包中物品的重量(sol_best * d)。
* {6 j$ R! L- V 对于该问题的代码如下:
- N8 X: Z/ d, H7 V% ~
# n' D! p# }5 B; D- H/ g; k, r
& ]8 u* g9 i4 D2 F9 `$ I$ t+ @9 s6 k7 [8 |0 o9 t7 l
0 {9 y" @$ _, B1 q+ ]
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